कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री की तैयारी प्रक्रिया

कार्बन-कार्बन मिश्रित सामग्रियों का अवलोकन

कार्बन/कार्बन (सी/सी) मिश्रित सामग्रीउच्च शक्ति और मापांक, प्रकाश विशिष्ट गुरुत्व, छोटे थर्मल विस्तार गुणांक, संक्षारण प्रतिरोध, थर्मल शॉक प्रतिरोध, अच्छा घर्षण प्रतिरोध और अच्छी रासायनिक स्थिरता जैसे उत्कृष्ट गुणों की एक श्रृंखला के साथ एक कार्बन फाइबर प्रबलित मिश्रित सामग्री है। यह एक नए प्रकार की अति-उच्च तापमान मिश्रित सामग्री है।

सी/सी मिश्रित सामग्रीएक उत्कृष्ट थर्मल संरचना-कार्यात्मक एकीकृत इंजीनियरिंग सामग्री है। अन्य उच्च-प्रदर्शन मिश्रित सामग्रियों की तरह, यह फाइबर-प्रबलित चरण और एक बुनियादी चरण से बनी एक मिश्रित संरचना है। अंतर यह है कि प्रबलित चरण और मूल चरण दोनों विशेष गुणों वाले शुद्ध कार्बन से बने होते हैं।

कार्बन/कार्बन मिश्रित सामग्रीमुख्य रूप से कार्बन फेल्ट, कार्बन कपड़ा, सुदृढीकरण के रूप में कार्बन फाइबर और मैट्रिक्स के रूप में वाष्प जमा कार्बन से बने होते हैं, लेकिन इसमें केवल एक तत्व होता है, जो कार्बन है। घनत्व बढ़ाने के लिए, कार्बोनाइजेशन द्वारा उत्पन्न कार्बन को कार्बन के साथ संसेचित किया जाता है या राल (या डामर) के साथ संसेचित किया जाता है, अर्थात कार्बन/कार्बन मिश्रित सामग्री तीन कार्बन सामग्रियों से बनी होती है।

कार्बन-कार्बन मिश्रित सामग्री की विनिर्माण प्रक्रिया

1) कार्बन फाइबर का विकल्प

कार्बन फाइबर बंडलों का चयन और फाइबर कपड़ों का संरचनात्मक डिजाइन विनिर्माण का आधार हैसी/सी समग्र. सी/सी कंपोजिट के यांत्रिक गुणों और थर्मोफिजिकल गुणों को तर्कसंगत रूप से फाइबर प्रकार और कपड़े की बुनाई के मापदंडों का चयन करके निर्धारित किया जा सकता है, जैसे कि यार्न बंडल व्यवस्था अभिविन्यास, यार्न बंडल रिक्ति, यार्न बंडल वॉल्यूम सामग्री, आदि।

2) कार्बन फाइबर प्रीफॉर्म तैयार करना

कार्बन फाइबर प्रीफॉर्म एक खाली को संदर्भित करता है जो घनत्व प्रक्रिया को पूरा करने के लिए उत्पाद आकार और प्रदर्शन आवश्यकताओं के अनुसार फाइबर के आवश्यक संरचनात्मक आकार में बनता है। पूर्वनिर्मित संरचनात्मक भागों के लिए तीन मुख्य प्रसंस्करण विधियाँ हैं: नरम बुनाई, कठोर बुनाई और नरम और कठोर मिश्रित बुनाई। मुख्य बुनाई प्रक्रियाएँ हैं: सूखी सूत की बुनाई, पूर्व-संसेचित छड़ समूह व्यवस्था, महीन बुनाई पंचर, फाइबर वाइंडिंग और त्रि-आयामी बहु-दिशात्मक समग्र बुनाई। वर्तमान में, सी मिश्रित सामग्रियों में उपयोग की जाने वाली मुख्य बुनाई प्रक्रिया त्रि-आयामी समग्र बहु-दिशात्मक बुनाई है। बुनाई प्रक्रिया के दौरान, सभी बुने हुए रेशों को एक निश्चित दिशा में व्यवस्थित किया जाता है। प्रत्येक फाइबर अपनी दिशा में एक निश्चित कोण पर ऑफसेट होता है और एक कपड़े बनाने के लिए एक दूसरे के साथ जुड़ जाता है। इसकी विशेषता यह है कि यह एक त्रि-आयामी बहु-दिशात्मक समग्र कपड़ा बना सकता है, जो सी/सी मिश्रित सामग्री की प्रत्येक दिशा में फाइबर की मात्रा सामग्री को प्रभावी ढंग से नियंत्रित कर सकता है, ताकि सी/सी मिश्रित सामग्री उचित यांत्रिक गुणों को लागू कर सके। चहुँ ओर।

3) सी/सी सघनीकरण प्रक्रिया

सघनीकरण की डिग्री और दक्षता मुख्य रूप से कपड़े की संरचना और आधार सामग्री के प्रक्रिया मापदंडों से प्रभावित होती है। वर्तमान में उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया विधियों में संसेचन कार्बोनाइजेशन, रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी), रासायनिक वाष्प घुसपैठ (सीवीआई), रासायनिक तरल जमाव, पायरोलिसिस और अन्य विधियां शामिल हैं। प्रक्रिया विधियों के दो मुख्य प्रकार हैं: संसेचन कार्बोनाइजेशन प्रक्रिया और रासायनिक वाष्प घुसपैठ प्रक्रिया।

तरल चरण संसेचन-कार्बोनाइजेशन

तरल चरण संसेचन विधि उपकरणों में अपेक्षाकृत सरल है और इसकी व्यापक प्रयोज्यता है, इसलिए तरल चरण संसेचन विधि सी/सी मिश्रित सामग्री तैयार करने के लिए एक महत्वपूर्ण विधि है। यह कार्बन फाइबर से बने प्रीफॉर्म को तरल संसेचन में विसर्जित करना है, और दबाव के द्वारा संसेचन को प्रीफॉर्म के रिक्त स्थान में पूरी तरह से प्रवेश कराना है, और फिर इलाज, कार्बोनाइजेशन और ग्राफिटाइजेशन जैसी प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से, अंत में प्राप्त करना हैसी/सी मिश्रित सामग्री. इसका नुकसान यह है कि घनत्व आवश्यकताओं को प्राप्त करने के लिए बार-बार संसेचन और कार्बोनाइजेशन चक्र की आवश्यकता होती है। तरल चरण संसेचन विधि में संसेचन की संरचना और संरचना बहुत महत्वपूर्ण है। यह न केवल सघनीकरण दक्षता को प्रभावित करता है, बल्कि उत्पाद के यांत्रिक और भौतिक गुणों को भी प्रभावित करता है। तरल चरण संसेचन विधि द्वारा सी/सी मिश्रित सामग्री की तैयारी में संसेचन की कार्बोनाइजेशन उपज में सुधार और संसेचन की चिपचिपाहट को कम करना हमेशा प्रमुख मुद्दों में से एक रहा है। इम्प्रेग्नेंट की उच्च चिपचिपाहट और कम कार्बोनाइजेशन उपज सी/सी मिश्रित सामग्री की उच्च लागत के महत्वपूर्ण कारणों में से एक है। इम्प्रेग्नेंट के प्रदर्शन में सुधार करने से न केवल सी/सी मिश्रित सामग्रियों की उत्पादन क्षमता में सुधार हो सकता है और उनकी लागत कम हो सकती है, बल्कि सी/सी मिश्रित सामग्रियों के विभिन्न गुणों में भी सुधार हो सकता है। सी/सी मिश्रित सामग्री का ऑक्सीकरण-रोधी उपचार कार्बन फाइबर हवा में 360°C पर ऑक्सीकरण करना शुरू कर देता है। ग्रेफाइट फाइबर कार्बन फाइबर से थोड़ा बेहतर है, और इसका ऑक्सीकरण तापमान 420 डिग्री सेल्सियस पर ऑक्सीकरण करना शुरू कर देता है। C/C मिश्रित सामग्री का ऑक्सीकरण तापमान लगभग 450°C होता है। उच्च तापमान वाले ऑक्सीडेटिव वातावरण में सी/सी मिश्रित सामग्री का ऑक्सीकरण करना बहुत आसान होता है, और तापमान बढ़ने के साथ ऑक्सीकरण दर तेजी से बढ़ती है। यदि कोई ऑक्सीकरण रोधी उपाय नहीं हैं, तो उच्च तापमान वाले ऑक्सीडेटिव वातावरण में सी/सी मिश्रित सामग्रियों का दीर्घकालिक उपयोग अनिवार्य रूप से विनाशकारी परिणाम देगा। इसलिए, सी/सी मिश्रित सामग्रियों का ऑक्सीकरण-रोधी उपचार इसकी तैयारी प्रक्रिया का एक अनिवार्य हिस्सा बन गया है। एंटी-ऑक्सीडेशन तकनीक के नजरिए से इसे आंतरिक एंटी-ऑक्सीडेशन तकनीक और एंटी-ऑक्सीडेशन कोटिंग तकनीक में विभाजित किया जा सकता है।

रासायनिक वाष्प चरण

रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी या सीवीआई) छिद्रों को भरने और घनत्व बढ़ाने के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए कार्बन को सीधे रिक्त स्थान के छिद्रों में जमा करना है। जमा किए गए कार्बन को रेखांकन करना आसान है, और फाइबर के साथ इसकी भौतिक अनुकूलता अच्छी है। यह संसेचन विधि की तरह पुनः कार्बोनाइजेशन के दौरान सिकुड़ेगा नहीं और इस विधि के भौतिक और यांत्रिक गुण बेहतर हैं। हालाँकि, सीवीडी प्रक्रिया के दौरान, यदि कार्बन रिक्त स्थान की सतह पर जमा हो जाता है, तो यह गैस को आंतरिक छिद्रों में फैलने से रोक देगा। सतह पर जमा कार्बन को यंत्रवत् हटा दिया जाना चाहिए और फिर जमाव का एक नया दौर चलाया जाना चाहिए। मोटे उत्पादों के लिए सीवीडी विधि में कुछ कठिनाइयां भी हैं और इस विधि का चक्र भी बहुत लंबा है।